异构传感网密钥管理机制研究

密钥管理是在授权各方之间实现密钥关系建立和维护的一整套技术和程序,是传感网各种安全机制设计的基础.由于当前研究中对传感网异构性的理解和研究不够深入,使得传感网密钥管理问题无法根本解决.本课题从"异构性是传感网的自然属性"这一基本论断出发,对异构传感网密钥管理框架、模型、协议进行研究.拟实现"1122"的研究目标:(1)提出一个多维度细粒度的异构性刻画方法;(2)提出一个统一结构的密钥管理框架;(3)设计两个形式化的密钥管理策略模型;(4)设计两个实用化的密钥管理协议.拟重点解决:(1)各种异构特性相互影响的度量问题;(2)动静态密钥管理策略模型的形式化问题;(3)属性基可认证密钥协商协议中的访问结构设计和属性撤销问题;(4)跨层密钥管理协议中网络层和应用层的协同优化问题.课题的开展将为传感网密钥管理问题的根本解决提供重要的理论依据和技术参考,为后续传感网和物联网安全问题研究奠定基础.

在国家自然科学基金“异构传感网密钥管理机制研究（61170241）”的支持下，项目组从传感网异构性刻画方法的研究出发，实现了从框架，到模型，再到具体协议的自顶向下的一套完整的异构传感网（HSN）密钥管理机制，取得了以下重要成果：. （1）在异构性刻画方面，以拓扑点集理论和随机过程为技术手段，提出了异构性空间模型。该模型可以分析动态异构性的变化规律，实现了对异构性的多维度、细粒度刻画。. （2）在框架研究方面，提出了一个由实体、策略、评价三个层次构成的HSN密钥管理框架。该框架从整体上融合了节点能力异构、链路异构、网络协议异构等各种异构因素，实现了对HSN密钥管理结构的统一描述。. （3）在密钥管理策略模型研究方面，运用有色随机Petri网理论，提出了一个可形式化分析的HSN密钥管理策略模型。该模型支持多种异构性以token的形式参与分析和决策，能够有效地对协议进行建模和分析，能够对协议的长短期性能进行评测，有助于发现协议瓶颈和性能隐患，为协议的改进设计提供参考。. （4）在具体协议研究方面，面向不同应用场景，基于不同方法和技术，设计了若干HSN密钥管理协议，并对所设计协议的安全性和性能进行了理论分析和仿真测试。具体包括：三种基于对称密码技术的密钥管理协议；三种基于累加器的密钥管理协议；三种基于身份基（属性基）的密钥管理协议；两种可认证密钥协商协议。. 项目完成了申请书中提出的“1122”的研究目标，达到了预期的研究效果。项目相应研究成果分别在国内外著名期刊的会议上，共发表学术论文36篇，其中被SCI检索6篇，被EI检索34篇；申请国家发明专利3项；出版专著4部、教材1本。在项目的支持下，项目负责人获黑龙江省自然科学技术成果三等奖（排名第一）1项，获哈尔滨市科学技术奖三等奖（排名第一）1项。在项目的资助下，共培养博士研究生6名、硕士研究生10名。